Самонастраивающаяся система комбинированного регулирования Советский патент 1989 года по МПК G05B13/00 

1

(21)4125012/24-24

(22)29о09о86

(46) 30о09о89о Бюл. № 36

(72) ВоГ, Врусов, Е.Ао Сухарев

и ЮоДо Левичев

(53)62.50(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1339494, кло G 05 В 13/00, 1986.

Авторское свидетельство СССР № 1386957, кЛо G 05 В 13/00, 1986о

(54)САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА КОМБИНИРОВАННО ГО РЕ ГУЛИРОВАНИЯ

(57)Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для управления технологическими объектами, в частности для регулирования нестационарных по статической характеристике объектов, функционирующих в условиях высокого уро.вня контролируемых шумов Цель изобретения - расширение области применения системы, Система содержит измеритель рассогласования 1, регулятор 2, блок умножения 3, сумматоры 4,9,24, объект управления 5, блок самонастройки 6, корректирующий фильтр 7, датчик возмущения 8, блок 10 интегрального среднего, который включает блок скользящего интегрирования, усилитель, управляемый ключ, блок памяти, блок задержки Блок интегрального среднего позволяет использовать в системе регуляторы как имеющие, так и не имеющие интегральной составляющей в чаконе формирования управленияо 4 ил.

сл

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для управления технологическими объектами, в частности для регулирования нестационарных по статической характеристике объектов, функционирующих в условиях высокого уровня контролируемых шумов. Цель изобретения - расширение области применения системы. Система содержит измеритель рассогласования 1, регулятор 2, блок умножения 3, сумматоры 4, 9, 24, объект управления 5, блок самонастройки 6, корректирующий фильтр 7, датчик возмущения 8, блок 10 интегрального среднего, который включает блок скользящего интегрирования, усилитель, управляемый ключ, блок памяти, блок задержки. Блок интегрального среднего позволяет использовать в системе регуляторы как имеющие, так и не имеющие интегральной составляющей в законе формирования управления. 4 ил.

со«

Изобретение относится к области систем автоматического управления и может быть использовано для управления технологическими объектами, в частности, для регулирования нестационарных по статической характеристике объектов, функционирующих в условиях высокого уровня контролируемых шумов.

Цель изобретения - расширение области применения системы

На фиг о 1 и 2 представлены соответственно блок-схема и структурная схема системы; на фиг 3 - блок- схема логических блоков; на фиг. А - блок-схема скользящего интегрирования „

Система (фиГоК 2) включает сле- дуюаще блоки: измеритель 1 рассогла- сования, регулятор 2, блок 3 умножения, сумматор 4, объект 5 управления, блок 6 самонастройки, корректирующий фильтр 7, датчик 8 возмущения, сумматор 9, блок 10 инте- грального среднего, блок 11 скользящего интегрирования, усилитель 12, управляемый ключ 13, блок 14 памяти, блок 15 выделения модуля, блок 16 дифференцирования, блок 17 выделения модуля, блок 16 дифференцирования, блок 19 вьщеления модуля, логические блоки 20-23, сумматор 24, блок 25 задержки, блок 26 выделения модуля, блок 27 деления, управляв- мый ключ 28, блок 29 памяти, блок 30 умножения р

Блок-схема логических блоков 20- 23 системы включает.компаратор 31, управляемый ключ 32, компаратор 33, управляемый ключ 34, компаратор 35, управляемый ключ 36, компаратор 3 управляемый ключ 38.

Блок-схема скользящего интегрирования (фигс4) содержит блок 39 за- держки, сумматор 40, интегратор 41,,

На фиг о 1-4 приняты следующие обозначения: g(t) - задающее воздей- ствие ЛY(t) - отклонение выходного сигнала объекта от заданияj С - упра ляющий сигналi С - задание для первого логического блока; С - задание для второго логического блока; задание для третьего логического блока; 3 задание для четвер того логического блока, U,(t) - выход второго блока умножения; U-jCt) - выход первого блока умножения (управление, формируемое разомкнутым контуром); X (t) - основное контролируемое возмущение; X(t) - вход объекта по каналу управления; Y(t) - выход объекта управления; K(t) - выхоной сигнал первого блока памяти; U,(t) - выходной сигнал третьего блока выделения модуля; лУ (t) - выходной сигнал первого блока выделени модуля; dY(t) - выходной сигнал второго блока выделения модуля; ,(t выходной сигнал четвертого блока выделения модуля; dU3(t) - выходной сигнал сумматора 24о

Система состоит из разомкнутого контура управления по возмущению, закнутого контура управления по отклонению, цепей самонастройки разомкнутого контура, цепей стабилизации коэфициента передачи разомкнутой системы

Замкнутый контур регулирования содержит последовательно соединенные блоки 1-5, охваченные отрицательной обратной связью

Разомкнутый контур регулирования включает последовательно соединенные блоки 8,7, 4,5

Управляющими сигналами, формируемыми замкнутым и разомкнутым контурами, являются соответственно сигналы l,(t) и l j(t) о Цепи самонастройки разомкнутого контура .() содержат блоки 15-23, 26 Цепи стабилиза- п,ии . коэффициента передачи разомкнутой системы включают блоки 8, 9, 27-29,Зо

Система работает следующим образом..

Разомкнутый контур формирует сигнал упр.авления, пропорциональный величине основного Внешнего возмущения X(t)o Для этого. Б блоке 27 формируется сигнал отнощения величин, пропорциональных входным переменным X(t) и X .,(t) объекта 5, который через управляемый ключ 28 поступает в блок 29 Памяти. Сигналы, поступающие на первый и второй входы блока 27 деления, пропорциональны на практике (применительно, например, к области химической технологии) дозировкам сырья и реагента Поэтому отнощение сигналов, поступающее в блок 29 памяти, пропорционально отнощению дозировок реагента и сырья. Запись выходного сигнала блока 27 деления в блоке 29 памяти производится только в том случае, когда блок 6 самонастройки выдает управляющий сигнал на открытие ключа 28. Выходной сигнал K(t) блока 29 памяти поступает в блок 30 умножения, в котором формируется выходной сигнал U(t) разомкнутого контура. Таким образом, выходной сигнал датчика 8 умножается в блоке 3 на некоторую величину Kф(t (коэффициент передачи фильтра 7), которая между актами самонастройки корректирующего фильтра 7 является величиной постоянной и хранится в блке 29 памяти. При самонастройке фильтра 7 коэффициент передачи его изменяется скачкообразно, так как при наступлении следующего состояния квазистатики объекта новое отношение входных сигналов блока 27 деле-- ния, пропорциональное текущему отношению дозировок реагента и сырья, пропускается через ключ 28 и запоминается в блоке 29 памятио При работе системы все изменения величины X (t) будут в определенном соотношении, равном коэффициенту передачи фильтра 7, отслеживаться величиной U(t) Таким образом, корректирующий фильтр 7 представляет собой пропорциональное звено с переменным коэффициентом передачи, который имеет кусочно-постоянный характер

При использовании в качестве блока 2 регуляторов П, ПД, релейных и других, не имеющих в законе формирования управления И-составляющей, ее роль в системе будет играть выходной сигнал блока 10 интегрального среднего. Лля этого сигнал U,(t) интегрируется на скользящем интервале, затем усиливается в К , раз и через управляемый ключ 13 поступает во второй блок 14 памяти Коэффициент усиления блока 12 определяется выражением

1

К у- т,

(1)

где Т. - величина интервала интегриИ

рования.

Выходной сигнал усилителя 12 UjCt) будет определяться следующим выражением (.

u,(t) Ju,(e)d6. (2) ,

-г„

Запись сигнала Uj(t) в блоке 14 памяти будет производиться только при поступлении управляющего сигнала С с блока 6 с.1монастройкио В этом слу0

5

0

5

чае и (t) проходит ключ 13, записывается в блоке 14 памяти и поступает на входы сумматоров 4, 9 а также через блок 25 задержки на вход сумматора 24. Три указанных сумматора находятся в трех цепях прохождения и преобразования сигнала ) Первый канал включает блоки 9 и 7 Он служит для формирования управляющего сигнала U(t) разомкнутого контура управления. Второй канал - это связь выхода блока 14 с третьим (инверсным) входом сумматора 4о Он служит для безударной самонастройки фильтра 7.Третья цепь - связь выхода блока 14 (через блок 25 задержки) с вторым (инверсным) входом сумматора 24 Эта цепь служит для определения в сумматоре 24 отклонения текущего интегрального среднего, определяемого в блоках II и 12 от интегрального среднего, записанного в блоке 14 памяти. Выходной сигнал сумматора 24 анализируется затем в блоке 6 самонастройки.

Рассмотри 5 работу блока 6 самонастройки Выходные сигналы блоков 15, 17, 19, 26 описываются соответственно следующими выражениями:

ZlY,(t) MY(t)

.y,(t) J лум

Y,(t)

dt

(t)

df

U,(t) |4U,(t)I .

(3)

(4)

(5) (6)

0

5

0

5

В блоках 20-23 производится проверка условий, описываемых формулами

UK(t) Со ;(7)

(8)

(9) (10)

ЛУ

Yi(t)

/3Y,(t) С,

.7

4Y3(t) Сз Блок 20 служит для определения момента самонастройки. В блоках 21-23 проверяются условия квазистатикио Если условие (7) выполняется, Тое. отклонение текущего интегрального среднего от интегрального среднего, запи ан- ного на предьщущем акте самонастройки фильтра 7 во втором блоке 14 памяти, превьтает заданную величину С(5, и при этом объект находится в состоянии квазистатики, т.е. выцол- няются условия (8-10), то управляющий сигнал С проходит на выход четвертого логического блока и поступаёт на управляющие входы ключей 13 и 28о При этом открываются ключи 3 и 28, пропускающие входные сигналы в соответствующие блоки 14 и 29 памяти Время прохождения и обработки сигнала через цепь, включающую блоки 9, 27, 28, и записи в блоке 29 памяти должно быть меньше, чем время прохождения и обработки того же сигнала через цепь, состоящую из блоков 25, 24, 26, 20о В противном случае запись сигнала в блоке 29 памяти может не произойти, или в нем может быть записан искаженный сигнал, так как в результате нарушения условия, проверяемого в блоке 20, произойдет преждевременное закрытие ключа 28. Для согласования инерцион- ностей указанных каналов служит блок 25 с априорно настраиваемым временем задержки В результате акта самонастройки фильтра 7 в блоках 14 и 29 памяти будут записаны новые значения соответственно интегрального среднего сигнала ) и коэффициента передачи разомкнутого контура K(t)o При этом в момент самонастройки сигнал и (t) будет поступать на вход cym-ia- тора 4 в составе сигнала ) и на вход этого же сумматора (с обратным знаком) с выхода второго блока 14 памяти Этим обеспечивается безударная самонастройка коэффициента передачи фильтра 7о По завершении записи указанных сигналов в соответствующих блоках памяти выходной сигнал сумматора 24 становится равным нулю вследствие равенства сигналов, поступающи с разными знаками на его входы. В результате этого нарушается условие, проверяемое в блоке 20, вследствие чего ключи 13 и 28 закрываются о На этом заканчивается данный акт самонастройки фильтра 7 о При дальнейшей работе системы интегральное среднее сигнала U(t) как основа результата реакции замкнутого контура системы на все виды воздействующих на объект возмущений, проявляющихся в отклонении выхода Y(t) объекта от задания, будет изменяться„ При выполнении условия, проверяемого в блоке 20, и нахождении объекта в состоянии квазистатики вьтолняется новый акт самонастройки фильтра 7 и т„До

Величины C(j, С ;,, С и С j являются априорно настраиваемыми параметрами блока 6 о Изменение величины

текущего интегрального среднего с течением времени характеризует изменение характеристик канала управления и/или внешних условий функци онирования системы Величина U|,(t) в состоянии квазистатики характеризует степень несоответствия управляющего сигнала .X(t) величине основного контролируемого возмущения X(t) в текущих условиях функционирования системы Акт самонастройки фильтра 7 повьшгает качество компенсации на входе объекта возмущения

X,(t) и, следовательно, качество работы всей системы в целом, так как часть возмущений, которая до этого проходила через объект, увеличивала дисперсию выходного параметра и нагружала обратную связь, будет скомпенсирована на входе его Цепи стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы включают блоки 8,9,27-29 и 3. Указанные цепи

позволяют решить задачу стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы. Обозначим: (t) - нестационарный коэффициент передачи объекта 5j коэффициент передачи

регулятора 2; Kpp(t) - коэффициент передачи разомкнутой системы

Блок 3 умножения представим в виде усилителя, переменный коэффициент усиления которого заменяет .входной сигнал блока 3 Пусть t ,(i 1,2,.,п) - моменты квазистатики объекта управления, в которые вьтолняется самонастройка фильтра 7, К )- коэффициент передачи разомкнутого

контура системы

Для момента t . (i l,2,..,n,

в о /

Kpjt K,5(ti)-K(t.). (11)

ti-1

,.,, ) K(t.)., , (12)

где некоторая величина. Тогда

К (t-,,) K,5(t , ) ,- K(t;,,).

(13)

в результате самонастройки коэффициента передачи фильтра 7 в момент

ti

Кф(1-.,) K(t;)4, С)

Toe в пределах некоторой допустимой погрешности система посредством блока 6 обеспечивает постоянство козЛфициента передачи разомкнутого контура.

Следовательно,

Крк )

КркСс,-)

Для разомкнутой системы в момент t . (при отсутствии блока 3)

KpcCtj) Kp,,-K, (16)

Для момента t.,

Kp,(t;,,) Kp,,.K,,(t.)- . (17)

Из сравнения (16) и (17) с учетом 14 становится очевидным, что для стабилизации величины Kpc(t) достаточно умножить ее на величину Кф (t). После введения в систему блока 3 (Лиг„2) можно записать для момента t

Крс(Ч) K;er-K t.).K,,(t.), (18

где К р, Крег /K(t.), для момента t j,

Kpc(ti,,) K;er-K(t,-)

1

(t.,).C,,

HQI

т„е„ Kpjt,.,,) Kp,(t).

Выражение (19) показывает, что использование в системе второго блока 3 умножения и соответствующих свя- зей позволяет решить задачу стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы

Использование блока 10 в рассматриваемой системе позволяет определить среднеинтегральную. основу управляющего сигнала U,(t) замкнутого контура пересчитывать ее в параметрическое воздействие при адаптации коэффициента передачи разомкнутого контура, проводимой, в условиях нахождения объекта в квазистатическом состоянии.

Поскольку выходной сигнал U(t) блока 3 представляет собой реакцию замкнутого контура на все виды дей- ствзтощих на объект возмущений, проявляющихся в отклонении выходного сигнала y(t) объекта от задания, то использование среднеинтегрального значения этого сигнала при адапта- ции разомкнутого контура означает учет указанной совокупности возмущений в новом значении настраиваемого, коэффициента передачи, Тое, адаптация коэффициента передачи разомкну- того контура позволяет учитывать в новом значении (t) некоторый средний уровень действующих на объект шумов. Это дает возможность более

10

15е

8)

25

- 30 ь 35 а, 40

дЗ Q 55

точно, с учетом текущих условий работы объекта, компенсировать последующие изменения основного контролируемого возмущения X.,(t)o

Самонастраивающаяся система комбинированного регулирования обладает более широкой областью применения, так как в ней предусмотрены средства, позволяющие использовать как регуляторы, имеющие интегральную составляющую в законе формирования управления, так и регуляторы, не имеющие ее о

Формула изобретения Самонастраивающаяся система комбинированного регулирования, содержащая измеритель рассогласования, подключенный первым входом к входу задания системы, а выходом - к первому входу блока самонастройки и к информационному входу регулятора, выход которого, соединен с первым входом блока умножения, подключенного выходом к первому входу первого сумматора, выход которого соединен через объект управления с вторым входом измерителя рассогласования, а второй вход первого сумматора соединен с первым выходом корректирующего фильтра, -второй выход которого подключен к второму входу блока умножения, первый вход корректирующего фильтра подключен к выходу второго сумматора, второй вход корректирующего фильтра соединен с выходом датчика возмущения, управляющий вход корректирующего фильтра соединен с выходом блока самонастройки, отличающаяся тем, что, с целью расширения области применения системы, в нее введены блок скользящего интегрирования, усилитель, управляемый ключ, блок памяти, блок задержки и третий сумматор, причем выход блока умножения через последовательно соединенные блок скользящего интегрирования и усилитель подключен к первому входу третьего сум 1атора и информационному входу управляемого ключа,подключенного выходом к входу блока памяти, выход которого соединен с тре-- тьим входом первого сумматора, с первым входом второго сумматора и с входом блока задержки, подключенного выходом к второму входу третьего сумматора, выход которого подключен к второму входу блока самонастройки.

входу управляемого ключа, первый выфиг. 2

с вторым входом второго сумматора.